电流及其测量

观察与思考

如图2－2－1所示电路，开关闭合后，小灯泡变亮。这是因为灯泡中有电流通过。小灯泡的亮度与电流大小有关，流过的电流越大，灯泡就会越亮，流过的电流越小，灯泡就会越暗。那么什么是电流？它图2－2－1小灯泡实验电路方向又是如何？怎样才能定量地测量电流的大小呢？

图2－2－1　小灯泡实验

一、电流的形成、方向和大小

1．电流的形成

电荷有规则的定向移动形成电流。在金属导体中，电流是由自由电子在外电场作用下，有规则运动形成的；某些液体和气体中，电流由阴离子或阳离子在电场力的作用下有规则的运动形成。

2．电流的方向

习惯上，我们规定正电荷的移动方向为电流的方向，与电子流动的方向正好相反。在分析和计算电路时，有时无法确定电路中电流的真实方向。为了方便计算，常常先假设一个电流的方向，称为电流参考方向，用箭头在电路图中标明。如果计算结果为正，那么电流的真实方向与参考方向一致；如果计算结果为负，那么电流的真实方向与参考方向相反。若不规定电流的参考方向，电流的正负号是无意义的（图2－2－2）。

图2－2－2　电流的参考方向与实际方向

3．电流的大小

电流的大小等于通过导体横截面的电荷量与通过这些电荷量所用时间的比值，用I表示。其定义为：

t——通过电荷量所用的时间，单位是s（秒）。

在国际单位制中，电流的单位是安［培］，简称安，符号时A。电流的常用单位还有mA（毫安）和A（微安），它们之间的关系为：

1A＝103　mA＝106μA

职业相关知识：

大气层中一次闪电的电流的数量级可达104　A，一般家用电器的工作电流为0．3～6A，手电筒里的小灯泡正常发光时的电流约为300mA，电子手表工作时的电流约为2μA。

4．电流的类型

电流既有大小又有方向，电流的方向只表明电荷的定向移动方向。电流的大小和方向都不随时间变化的电流称为直流电流，如图2－2－3所示。大小随时间变化，但方向不随时间变化的电流称为脉动直流电流，如图2－2－3所示。直流电流的文字符号用字母“DC”表示，图形符号用字母“－”表示。如果电流的大小和方向都随时间周期性变化，则称为交流电流，如图2－2－3所示。交流电流的文字符号用字母“AC”表示，通行符号用“～”表示。

图2－2－3　电流的类型

（a）直流电流；（b）脉动直流电流；（c）交流电流

二、电流的测量

电流表使用时应注意：

1．电流表在电路中的接法

测量直流电流的大小一般用直流电流表，电路接线如图2－2－4所示。在实际应用中，通常用万用表的直流电流档进行测量。

1）与被测元器件串联。电流表必须串接在被测电路中。

2）注意电流的极性。使被测电流从电流表的“＋”接线柱流入，“－”接线柱流出，即“＋”接线柱接电源的正极一端，“－”接线柱接电源的负极的一端。

图2－2－4　测量直流电流时电流表接线电路

3）选择合适的量程。电流表选用量程一般为被测电流的1．5～2倍，若事先无法确定被测电流的大小，量程的选择一般从大到小，直到合适为止。

4）防止短路。通过电流表的电流一定要同时通过用电器，不能不经过用电器而直接接到电源的两极上，即电流表不能与电源并联连接。

2．万用表测直流电流接线实例

图2－2－5所示是MF47型指针式万用表测直流电流接线示意图，具体测量方法详见实训模块二。

图2－2－5　MF－47型指针式万用表测直流电流接线示意图

思考与练习

1．规定－的移动方向为电流方向，与－的方向正好相反。

2．如果在5s内通过导体横截面的电荷量是120C，则到导体中的电流是－A。